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Fisiología de la absorción y digestión de nutrientes Guía teórica 1- Analice el papel que cumplen el sistema nervioso central, el sistema nervioso autónomo y el sistema nervioso entérico en la regulación del proceso digestivo. Secreción salival 2- Describa la composición y explique la regulación y las funciones de la secreción salival. Secreción gástrica 3- Desde el punto de vista fisiológico, cada región del estómago (cardias, fundus, cuerpo, antro y píloro) posee funciones diferentes en relación con la estructura y secreción de las glándulas de la capa mucosa. En base a ello analice los distintos tipos de glándulas gástricas, su secreción y función. 4- ¿Qué factores hormonales y nerviosos están involucrados en la regulación de la secreción gástrica? Secreción Pancreática 5- ¿Cuáles son los tipos celulares de las glándulas exócrinas? 6- ¿Cuál es la composición del jugo pancreático? 7- ¿Qué enzimas contiene la secreción pancreática? ¿Qué macromoléculas son degradadas por ellas, y cuáles son los productos de hidrólisis? 8- ¿Qué hormonas están involucradas en la regulación de la secreción pancreática? 9- ¿Qué factores modifican la concentración del bicarbonato pancreático? 10- ¿Cuál es la importancia del aporte de la secreción pancreática al intestino? 11- ¿Qué nutrientes no se pueden absorber ante una falla en la cantidad o la calidad de la secreción pancreática? Función Hepática 12- Describa brevemente las distintas funciones del hígado. 13- Analice el metabolismo de las lipoproteínas en el hígado, teniendo en cuenta la importancia fisiológica en el transporte de lípidos. Secreción biliar 14- Describa la composición y explique la regulación y las funciones de la secreción biliar. Metabolismo de la bilirrubina 15- Describa el metabolismo de la bilirrubina. Motilidad del tubo digestivo 16- Describa la estructura muscular del tracto digestivo y cómo está inervada 17- El tránsito gastroduodenal está regulado por factores de distinto origen. Describa cuáles son los factores que actúan sobre el estómago, el duodeno y los factores endócrinos. 18- Enumere los tipos de movimientos básicos del tracto digestivo. Intestino grueso 19- Describa las funciones absortivas, secretoras y motoras del intestino grueso. Digestión y absorción de los alimentos 20- Describa los procesos de digestión y absorción de los hidratos de carbono, proteínas y lípidos. 21- Esquematice las distintas formas de transporte de sodio, potasio, calcio, cloruro y bicarbonato en el intestino delgado y grueso. Actividades para el seminario 1) Funciones y secreciones del sistema digestivo Complete la siguiente tabla (adaptada de Human Physiology: The Mechanisms of Body Function, Vander et al., 8th Edition, The McGraw-Hill Companies, 2001.): El tracto gastrointestinal (GI) se compone de órganos huecos dispuestos desde la boca hasta el ano y diversos órganos y glándulas accesorias que proporcionan secreciones a dichos órganos huecos. Cada uno de estos órganos huecos, que están separados entre sí por esfínteres, se ha desarrollado para cumplir una función especializada. · La boca y la orofaringe son responsables de trocear los alimentos en pedazos pequeños y lubricarlos, iniciar la digestión de los hidratos de carbono y las grasas, y propulsar los alimentos hacia el esófago. · El esófago sirve de conducto hacia el estómago. · El estómago almacena temporalmente los alimentos y también inicia la digestión removiéndolos y secretando proteasas y ácido. · El intestino delgado continúa la tarea de la digestión y es el sitio principal para la absorción de nutrientes (lípidos, hidratos de carbono y aa), electrolitos y agua. · El intestino grueso reabsorbe fluidos y electrolitos y también almacena la materia fecal antes de su expulsión del organismo. · Los órganos y las glándulas accesorias comprenden las glándulas salivales, el páncreas y el hígado. El páncreas segrega enzimas digestivas en el duodeno, además de segregar HCO− 3 para neutralizar el ácido gástrico. El hígado segrega bilis, que es almacenada en la vesícula biliar para ser liberada al duodeno durante la ingesta de alimentos. La pared del tubo digestivo presenta cuatro capas o túnicas concéntricas: · La mucosa se compone de una capa epitelial, de una capa subyacente de tejido conjuntivo laxo → lamina propia que contiene capilares, neuronas entéricas y células inmunitarias y de una capa de musculo liso → capa muscular de la mucosa. · La submucosa se compone de tejido conjuntivo laxo y vasos sanguíneos de mayor tamaño. La submucosa también puede contener glándulas que producen material que segregan en la luz del tubo GI. · La capa muscular, la muscularis externa, se compone de dos capas de músculo liso. La capa interna es circular, mientras que la externa es longitudinal. Las neuronas entéricas se localizan entre estas dos capas musculares. Nota: las diferentes capas musculares permiten realizar diferentes movimientos. Las movimientos de contracción son coordinados. · La serosa es una capa envolvente de tejido conjuntivo que se encuentra cubierta por células epiteliales escamosas. Para facilitar la absorción, el tracto GI digiere los alimentos mediante procesos mecánicos y químicos ( para lo cual es necesario el aporte de las glándulas) · La transformación mecánica de los alimentos ingeridos comienza en la boca con la masticación. Los procesos mecánicos que alteran la composición de los alimentos para facilitar su absorción continúan en el estómago, tanto para iniciar la digestión enzimática de los lípidos y las proteínas como para permitir el paso del contenido gástrico a través del píloro hacia el duodeno. Este cambio en el tamaño y la consistencia del contenido gástrico es necesario porque los sólidos con un diámetro mayor de 2 mm no pasan a través del píloro. · La forma química mediante la cual son ingeridos y absorbidos los diferentes nutrientes varía en función de cada nutrientes. Ej: La mayoría de los lípidos son consumidos en forma de triacilgliceroles, en el intestino delgado son absorbidos como ácidos grasos y monoacilgliceroles, y no como triacilgliceroles. Por tanto, son necesarias una serie de reacciones químicas complejas para convertir los triacilgliceroles de la dieta en estas formas lipídicas de menor tamaño. De modo parecido, los aminoácidos se encuentran presentes en los alimentos en forma de proteínas y péptidos de gran tamaño, pero únicamente los aminoácidos y los péptidos de pequeño tamaño (principalmente dipéptidos y tripéptidos) son absorbidos en el intestino delgado. Los hidratos de carbono se encuentran presentes en la dieta en forma de almidón, disacáridos y monosacáridos (p. ej., glucosa). Sin embargo, como el intestino delgado absorbe todos los hidratos de carbono como monosacáridos, la mayoría de los hidratos de carbono de la dieta deben sufrir un proceso de digestión química antes de su absorción. La digestión consiste en la conversión de los nutrientes de los alimentos de la dieta en una forma que pueda ser absorbida por el intestino delgado · En el caso de los hidratos de carbono y los lípidos, estos procesos digestivos son iniciados en la boca por las enzimas salivales y linguales: la amilasa para los hidratos de carbono y la lipasa para los lípidos. En la de los HC no participan enzimas secretadas en el estomago y en la de los lípidos sí, hay una digestión lipídica adicional gástrica que tiene lugar principalmente como resultado de la lipasa lingual que es deglutida, aunque también se segrega una pequeña cantidad de lipasa gástrica. · La digestión de las proteínas se inicia en el estómago por acción de las proteasas gástricas. La digestión se completa en el intestino delgado con la acción de las enzimas pancreáticas y las enzimas del borde en cepillo del intestino delgado. Las enzimas pancreáticas, entre las que se encuentran la lipasa, la quimotripsina y la amilasa, son fundamentales para la digestión de los lípidos, las proteínas y los hidratos de carbono Digestión → Absorción → Motilidad (pasaje)→ Secreción hacia la luz del tubogástrico. Amplificación del cuadro: La boca y el esófago→ En la boca los alimentos se convierten en trozos pequeños mediante la masticación, con ayuda de la saliva, que también interviene en la deglución y en la progresión del alimento a través de la faringe y del esófago. Las glándulas salivales vierten su secreción, la saliva, a la cavidad bucal, y pueden dividirse en dos grandes grupos: glándulas salivales mayores y menores. Las salivales mayores se hallan en pares, tienen un conducto de excreción definido y son las glándulas Parótidas→ secreción es principalmente serosa y rica en amilasa; Submaxilares → su secreción es más viscosa que la parotídea y rica en mucina; Sublinguales→ secreción seromucos rica en mucina C. Las glándulas salivales menores se abren directamente a la cavidad bucal y se distribuyen por casi toda la mucosa oral. Producen menos del 10% del total de la saliva, pero juegan un papel importante en la lubricación de la mucosa oral, ya que secretan mucinas altamente glucosiladas que son muy activas en la lubricación y en la agregación bacteriana, secretan inmunoglobulinas e incluso en ausencia de estímulos producen saliva. Composición de la saliva: Es un líquido incoloro, insípido y filante, es hipotónico respecto al plasma y esta compuesto por un 99% de agua y el resto son proteínas y electrolitos. Las proteínas más importantes son sialoproteínas, mucinas, amilasa, lipasa, lisozima, albúmina, lactoferrina, fibronectina y gammaglobulinas. Además, pueden excretarse a través de la saliva vitaminas (B6, B12), hormonas (estrógenos, cortisol) y factores de crecimiento (EGF, FGF). La fracción inorgánica la constituyen los iones sodio, potasio, cloro, calcio, fósforo, magnesio, hierro, zinc, cobre, bicarbonato y yodo. La saliva tiene tanto funciones digestivas (en la boca inicia el proceso de digestión) como No digestivas: Sus efectos biológicos incluyen cicatrización de úlceras, inhibición de la secreción ácida gástrica y protección mucosa frente a factores irritantes como ácido, pepsina, tripsina, etc. Otra función de la saliva es la antimicrobiana, debido a la presencia de inmunoglobulinas (IgA), peroxidasa, lactoferrina, lisozima, histatinas y mucinas que interactúan con las bacterias inhibiendo su adhesión a la superficie dentaria. La saliva diluye y elimina sustancias de la cavidad bucal, como microorganismos. La saliva es un solvente y es indispensable para la percepción del gusto, ya que las partículas de alimento deben estar disueltas para estimular los receptor. El estómago → Actúa como un reservorio de comida que llega a él de forma rápida procedente del esófago. En el estómago los alimentos sufren unos movimientos vigorosos que los mezclan con los jugos gástricos para formar el quimo. El hígado y el páncreas → La secreción pancreática es alcalina porque tiene un elevado contenido de bicarbonato, además de tener una concentración enzimática muy importante que es esencial para la digestión de todo tipo de sustancias. El hígado secreta la bilis, que facilita la digestión de las grasas. En el intestino delgado→ existen movimientos de mezcla del quimo con el jugo intestinal. La digestión enzimática de los nutrientes se completa por acción de las enzimas del “ribete en cepillo” de las células epiteliales intestinales. El intestino delgado es el principal lugar de absorción de todo tipo de nutrientes, así como de agua. El intestino grueso→ En esta zona del intestino tiene lugar dos funciones importantes: una es la deshidratación del quimo, y la otra es la formación, con las sustancias no absorbidas, de las heces. Notas: · los pliegues del estómago permiten la degradación mecánica del quimo acido y los movimientos de mezcla · Intestino: Una característica adicional del intestino delgado y del intestino grueso es la presencia de estructuras que aumentan la función al incrementar el área de la superficie luminal. Las crispas ayudan a la secreción y las microvellosidades a la absorción. 2) Regulación del proceso digestivo y de la secreción de HCl a) Analizando el siguiente esquema integrador, describa las fases de la secreción gástrica y los mecanismos de regulación nerviosa y hormonal del proceso digestivo. Regulación de la secreción ácida gástrica. En el cuerpo del estómago, el nervio vago no solo estimula la célula parietal directamente al liberar ACh, también estimula las células ECL y las células D. La estimulación vagal de las células ECL favorece la secreción ácida gástrica a través del aumento de la liberación de histamina. La estimulación vagal de las células D también favorece la secreción ácida gástrica al inhibir la liberación de somatostatina, que de otra manera inhibiría, mediante mecanismos paracrinos, la liberación de histamina de las células ECL y la secreción de ácido por las células parietales. En el antro del estómago, el nervio vago estimula tanto las células G como las células D. El nervio vago estimula las células G a través del GRP, favoreciendo la liberación de gastrina. Esta gastrina provoca la secreción de ácido gástrico a través de dos mecanismos endocrinos: directamente a través de la célula parietal e indirectamente a través de la célula ECL, que libera histamina. La estimulación vagal de las células D por medio de la ACh inhibe la liberación de somatostatina, que de otra manera inhibiría, por mecanismos paracrinos, la liberación de gastrina por parte de las células G y, por un mecanismo endocrino, la secreción ácida por las células parietales. Los H+ luminales estimulan directamente las células D para que liberen somatostatina, que inhibe la liberación de gastrina por parte de las células G, reduciendo la secreción ácida gástrica (retroalimentación negativa). Además, los productos de la digestión de proteínas (es decir, péptidos y aminoácidos) estimulan directamente las células G para que liberen gastrina, que estimula la secreción ácida gástrica (retroalimentación positiva). El estómago segrega diversos productos específicos. Además del producto gástrico más conocido, el ácido, el estómago segrega otros productos, como pepsinógeno, moco, bicarbonato, factor intrínseco y agua. El estómago también realiza diversas funciones motoras que regulan la entrada de alimentos y los mezclan con las secreciones gástricas, reducen el tamaño de las partículas y participan en la salida de material parcialmente digerido hacia el duodeno. El estómago produce además dos agentes humorales importantes (la gastrina y la somatostatina) que ejercen funciones endocrinas y paracrinas. Estos péptidos son especialmente importantes para la regulación de la secreción gástrica. · Las células parietales (o células oxínticas) segregan ácido y factor intrínseco, una glucoproteína necesaria para la absorción de vitamina B12 en el íleon. · Las células principales (o células pépticas) segregan pepsinógenos, pero no ácido. · Las glándulas del cuerpo del estómago también contienen células secretoras de moco, que se localizan en el cuello glándulas, y cinco o seis células endocrinas. Entre estas células endocrinas se encuentran las células similares a las enterocromafines (ECL), que liberan histamina. · Células madre · Células G: secretan gastrina · Célula D: Liberan somatostatina · Células Principales Los factores básicos que estimulan la secreción gástrica son la acetilcolina, la gastrina y la histamina. La acetilcolina liberada por estimulación parasimpática excita la secreción de pepsinógeno por las células pépticas, de ácido clorhídrico por las células parietales y de moco por las células mucosas. En comparación, la gastrina y la histamina estimulan intensamente la secreción de ácido por células parietales pero tienen un efecto escaso en las otras células. Las células parietales de las glándulas oxínticas son las únicas que secretan ácido clorhídrico. Las células parietales operan en íntima relación con otro tipo de células, denominadas células parecidas a las enterocromafines, cuya función primordial es la secreción de histamina. · Células parecidas a lasenterocromafines se encuentran en la zona más profunda de las glándulas gástricas y, en consecuencia, liberan la histamina en contacto directo con las células parietales de las propias glándulas. El ritmo de formación y secreción de ácido clorhídrico por las células parietales es directamente proporcional a la cantidad de histamina liberada por las células parecidas a las enterocromafines. · La hormona gastrina estimula a las células parecidas a las enterocromafines para secretar histamina. La gastrina se forma casi exclusivamente en el antro de la mucosa gástrica como respuesta a la presencia de proteínas en los alimentos que se van a digerir. · Las células parecidas a las enterocromafines reciben también una estimulación de hormonas secretadas por el sistema nervioso entérico de la pared gástrica Tras las comidas se producen elevaciones importantes de la secreción ácida, mientras que la tasa de secreción ácida entre ingestas es baja (es decir, en la fase interdigestiva). Este período interdigestivo sigue un ritmo circadiano; la secreción ácida es mínima por la mañana antes de despertarse y es máxima por la tarde. La secreción ácida es función directa del número de células parietales y también se ve influida, al menos parcialmente, por el peso corporal. La regulación de la secreción ácida durante una comida puede caracterizarse mejor teniendo en cuenta tres fases separadas pero interrelacionadas: la fase cefálica, la fase gástrica y la fase intestinal. La ACh, la gastrina y la histamina estimulan la secreción ácida, mientras que la somatostatina inhibe la secreción ácida gástrica. Fase cefálica: El olor, la vista, el gusto, el pensamiento y la ingesta de comida inician la fase cefálica, mediada principalmente por el nervio vago. Los estímulos sensoriales activan el núcleo motor dorsal del vago (centro integrador) en el bulbo raquídeo y estimulan los nervios eferentes preganglionares parasimpáticos. La estimulación del nervio vago (libera ACh→ receptor muscarínico M3) resulta de cuatro acontecimientos que en conjunto dan lugar al aumento de la secreción ácida gástrica. 1. En el cuerpo del estómago, las neuronas preganglionares vagales liberan ACh, que estimula directamente la secreción de H+ por las células parietales. 2. En la lámina propia del cuerpo del estómago, la ACh liberada por las terminaciones vágales desencadena la liberación de histamina por parte de las células ECL, lo que estimula la secreción ácida. 3. En el antro, las neuronas vagales posganglionares parasimpáticas peptidérgicas, así como otras neuronas del sistema nervioso entérico (SNE), liberan GRP, que induce liberación de gastrina por parte de las células G antrales. Esta gastrina estimula la secreción ácida gástrica de modo directo actuando sobre las células parietales e indirectamente al estimular la liberación de histamina por parte de las células ECL. 4. Tanto en el antro como en el cuerpo el nervio vago inhibe las células D, lo que reduce la liberación de somatostatina por parte de las células D y disminuye la inhibición de fondo de la liberación de gastrina. La fase cefálica estimula la secreción ácida directa e indirectamente al actuar sobre la célula parietal. La fase cefálica representa aproximadamente el 30% del total de la secreción ácida y tiene lugar antes de que entre alimento en el estómago Nota: La preparación de la secreción estomacal sirve para una digestión más rápida. Fase gástrica: La entrada de alimentos en el estómago inicia los dos estímulos principales para la fase gástrica de la secreción ácida. 1. En primer lugar, la comida distiende la mucosa gástrica, lo que activa el reflejo vagovagal, así como reflejos locales del SNE. 2. En segundo lugar, las proteínas digeridas parcialmente estimulan las células G Antrales → Estimulo químico La distensión de la pared gástrica (tanto en el cuerpo como en el antro) secundaria a la entrada de alimentos en el estómago suscita dos vías distintas mediadas por un mecanismo neural. · La primera es la activación del reflejo vagovagal, que consiste en que la distensión de la pared gástrica activa una vía aferente vagal, que resulta en una respuesta eferente vagal desde el núcleo motor dorsal del nervio vago. La estimulación de la secreción ácida en respuesta a este estímulo eferente vagal tiene lugar a través de las mismas cuatro vías paralelas que se encuentran operativas cuando el nervio vago es activado durante la fase cefálica. · En la segunda, la distensión de la pared gástrica también activa una vía local del SNE que libera ACh, activando, por tanto, la secreción ácida de las células parietales. La presencia de proteínas digeridas parcialmente (peptonas (Actúa sobre quimiorreceptores y es otro de los estímulos que da lugar a la fase gástrica)) o aminoácidos en el antro estimula directamente las células G para que liberen gastrina. Un pH bajo favorece la conversión de pepsinógeno a pepsina. La pepsina digiere las proteínas y las transforma en peptonas, que favorecen la liberación de gastrina. La gastrina favorece la secreción ácida, lo que cierra el circuito de retroalimentación positiva. Una tercera vía inhibe la secreción ácida gástrica por un mecanismo de retroalimentación negativa. El pH intragástrico bajo (menor a 2) estimula la liberación de somatostatina por parte de las células D antrales. Como la somatostatina inhibe la liberación de gastrina por las células G, el efecto neto es una reducción de la secreción ácida gástrica. (Esto evita dañar el epitelio) La fase gástrica de la secreción ácida, que se produce principalmente como resultado de la liberación de gastrina, representa el 50-60% del total de la secreción ácida gástrica. Notas: Cuando el quimo ingresa al estómago, eleva transitoriamente el pH estomacal. El reflejo vago vagal es un reflejo largo; El corto son locales, se originan en el mismo órgano y están mediados por SNE que se encuentran en las paredes del órgano. El SNE recibe información de los receptores y ejerce la acción efectora. Fase intestinal: La presencia de aminoácidos y péptidos parcialmente digeridos en la porción proximal del intestino delgado estimula la secreción ácida por tres mecanismos. 1. Las peptonas estimulan la secreción de gastrina por células G duodenales. 2. Las peptonas estimulan una célula endocrina desconocida para que libere una señal humoral adicional que se conoce como entero-oxintina. 3. Los aminoácidos absorbidos por la porción proximal del intestino delgado estimulan la secreción ácido por mecanismos aún no completamente conocidos. Aproximadamente el 5-10% del total de la secreción ácida gástrica es resultado de la fase intestinal. Fase intestinal de la secreción gástrica. Esta fase se está relacionada con la llegada del quimo ácido al duodeno, que ejerce sobre la secreción gástrica ácida un efecto inhibidor mediado por mecanismos nerviosos y hormonales. La inhibición por vía nerviosa es producida por un reflejo mediado por nervios extrínsecos, que involucran fibras aferentes vagales y esplácnicas activadas por quimioreceptores de la mucosa duodenal sensibles al pH ácido. La inhibición por vía hormonal es producida por la secretina y la CCK. La llegada del quimo ácido es un poderoso estimulador de la secreción de secretina por las células S duodenales. La secretina liberada en la sangre llega por la circulación a las células G, donde inhibe la secreción de gastrina. De esta forma, la producción de HCI ejerce un efecto regulador sobre la secreción de gastrina tanto en el estómago como desde el duodeno. La secreción ácida del estómago también es inhibida por la presencia de grasas en el duodeno. Este efecto inhibitorio, denominado efecto enterogastrona, es producido por la CCK liberada por células de la mucosa duodenal a la sangre, desde donde llega a las células D antrales y fúndicas que poseen receptores de CCK (A y B). Los receptores CCK-B fijan CCK y gastrina por su similitud estructural, y se encuentran tanto en las células D como en las parietales y enterocromafines, por lo cualel efecto predominante es el de estimulación de la secreción ácida. Sin embargo, la fijación de CCK a los receptores A de las células D produce una intensa estimulación de la secreción de somatostatina, la cual limita el efecto hipersecretor de la CCK y la gastrina por su acción paracrina inhibidora sobre las células G, parietales y enterocromafines. Nota: Puede haber una estimulación acida al principio, pero es importante la INHBICION por parte de la secretina. La secretina también estimula a las células D Las células S contiene mecanorreceptores y quimiorreceptores. b) Complete indicando el mecanismo de secreción de ácido clorhídrico en la célula parietal. ¿Cuál es la función de la bomba Na+ /K+ y el intercambiador Na+ /H+ en la membrana basolateral? La célula parietal posee una estructura tubulovesicular especializada que aumenta el área de la membrana apical cuando la célula es estimulada para segregar ácido. En condiciones basales la tasa de secreción ácida es baja. Las membranas tubulovesiculares se localizan en la porción apical de la célula parietal no estimulada en reposo y contienen las bombas H-K que son responsables de la secreción ácida. Tras su estimulación, la reorganización citoesquelética hace que las membranas tubulovesiculares que contienen la bomba H-K se fusionen para formar la membrana canalicular. El resultado es un aumento considerable en el área superficial de la membrana apical de la célula parietal. Cuando la célula parietal es estimulada, las bombas H-K expulsan H+ (Proviene del metabolismo celular) hacia la luz de la glándula gástrica, que son intercambiados por K+ → paso clave para la secreción gástrica. El K+ captado por las células parietales vuelve a la luz a través de canales de K+. Como resultado final del proceso está el movimiento de Cl- a la luz glandular para la síntesis de HCL. La secreción de ácido por la membrana apical por la bomba H-K genera la elevación del pH de la célula parietal. La respuesta adaptativa a este aumento del pH incluye la captación pasiva de CO2 y H2O, que son convertidos en HCO3 − y H+ por la enzima anhidrasa carbónica. El H+ es el sustrato de la bomba H-K y HCO3 − sale a través de la membrana basolateral por medio de un intercambiador Cl-HCO3 (AE2), que también aporta parte del Cl− necesario para el movimiento neto de HCl a través de la membrana canalicular/apical. · El intercambiador basolateral Na-H puede participar en la regulación del pH intracelular, en especial en condiciones basales. · La bomba Na+/K+ tiene la función de eliminar los Na que ingresaron por parte del intercambiador Na-H con el fin de regular el pH y de ingresar los K+ necesarios para el intercambiador H-K en la membrana canicular. Mantiene el gradiente de Na+ Tres secretagogos (acetilcolina, gastrina e histamina) inducen de modo directo e indirecto la secreción ácida por las células parietales. · Via directa: La acetilcolina (ACh), la gastrina y la histamina se unen directamente a sus respectivos receptores en la membrana de la célula parietal y estimulan sinérgicamente la secreción ácida. La ACh es liberada de las terminaciones del nervio vago (nervio craneal X), la gastrina es liberada de las células G y La histamina es sintetizada a partir de la histidina en las células ECL. · Via indirecta: la ACh y la gastrina inducen indirectamente la secreción ácida como resultado de la estimulación de la liberación de histamina por parte de las células ECL. Los tres secretagogos de ácido actúan a través de Ca2+/diacilglicerol o a través de AMPc. · La ACh se une a un receptor muscarínico M3 de la membrana basolateral de la célula parietal. Este receptor de ACh se encuentra acoplado a una proteína de unión a GTP (Gαq) y activa la fosfolipasa C (PLC), que transforma el fosfatidilinositol 4,5-bisfosfato (PIP2) en inositol 1,4,5-trisfosfato (IP3) y diacilglicerol (DAG). El IP3 produce liberación de Ca2+ y DAG activa la proteína-cinasa C (PKC). El receptor M3 también activa un canal de Ca2+. · La gastrina se une a un receptor específico de la célula parietal que ha sido identificado como el receptor de gastrina-colecistocinina de tipo 2 (CCK2). El receptor CCK2 se acopla a una Gαq y activa la misma vía de la PLC que la ACh; este proceso produce un aumento de la [Ca2+]i y la activación de la PKC. · El receptor de histamina de la célula parietal es un receptor H2 acoplado a la proteína de unión a GTP, Gαs. La activación provocada por la histamina del complejo receptor-proteína G estimula la enzima adenilato-ciclasa, que a su vez genera AMPc. La activación resultante de la proteína-cinasa A (PKA) produce fosforilación de algunas proteínas de las células parietales, incluyendo la bomba H-K. c) Complete el siguiente cuadro: Estimulo Via nerviosa/ humoral Efecto sobre la secreción de HCL Fase Cefálica · Vista · Gusto · Olfato · Masticación Via vagal Vías aferentes provenientes de los receptores sensoriales → núcleo del tracto solitario que proyecta a neuronas eferentes en el núcleo motor dorsal del vago (de allí parten las eferencias vagales) y actúan sobre los efectores a través de la liberación de Ach. Aumenta (30% de la secreción acida) Fase Gástrica · Distención gástrica · Aumento de péptidos · Disminución de la concentración de H+ Via local (SNE)→ reflejo corto (NT: Ach) Via vagovagal → reflejo largo (NT: Ach) Humoral: Histamina y gastrina. Aumenta 50/60% Fase intestinal · Distensión intestinal · Aumento de la contracción de H+ · Aumento de la osmolaridad luminal · Aumento de la concentración de nutrientes. CCK y Secretina Reflejo local Disminución d) ¿Qué efecto tiene el sistema nervioso autónomo (simpático y parasimpático) sobre las secreciones del tracto gastrointestinal? El SNE es el mecanismo neuronal principal en el control de la función GI, se localiza únicamente en el interior del tejido GI. Las neuronas del SNE se sitúan principalmente en una de las dos agrupaciones neuronales: el plexo submucoso y el plexo mientérico. El plexo submucoso (o de Meissner) se localiza entre la muscular de la mucosa y el músculo circular de la muscular externa únicamente en el intestino delgado y el intestino grueso. El plexo mientérico (o de Auerbach) se ubica entre las capas musculares circular y longitudinal de todo el tracto GI, desde el extremo proximal del esófago hasta el recto. El SNE es un circuito de reflejo completo que puede actuar en su totalidad en el interior del tracto GI, sin la participación de la médula espinal o el cerebro cefálico → por lo que se lo considera un minicerebro. La actividad del SNE es el resultado de la generación de potenciales de acción por neuronas individuales y la liberación de neurotransmisores químicos que afectan a otras neuronas o a células efectoras (es decir, células epiteliales o musculares). El SNE se compone de circuitos sensoriales, conexiones interneuronales y neuronas secretomotoras. Las neuronas sensoriales (o aferentes) monitorizan los cambios en la actividad luminal, incluyendo la distensión (es decir, la tensión del músculo liso), la bioquímica (p. ej., el pH, la osmolalidad o la concentración de nutrientes específicos) y la estimulación mecánica. Estas neuronas sensoriales activan interneuronas, que retransmiten la señal que activa neuronas secretomotoras eferentes, que a su vez estimulan o inhiben una gran variedad de células efectoras (fibras musculares lisas, células epiteliales que segregan o absorben fluidos y electrolitos, vasos sanguíneos submucosos y células endocrinas entéricas) Además, el SNE recibe entradas sinápticas directamente del cerebro a través de nervios parasimpáticos (es decir, el nervio vago). Tanto la división simpática como la división parasimpática del SNA modulan el SNE. La estimulación parasimpática aumenta la secreción y la motilidad. Los nervios parasimpáticos también contienen fibras aferentes que transportan información a los centros autonómicos del bulbo raquídeo desde quimiorreceptores, osmorreceptores y mecanorreceptores de la mucosa. El circuito que es iniciadopor estas aferencias, integrado por centros autonómicos centrales y completado por las aferencias parasimpáticas mencionadas anteriormente se conoce como reflejo vagovagal. Las fibras preganglionares de los nervios parasimpáticos utilizan ACh como neurotransmisor y establecen sinapsis con algunas neuronas del SNE. Estas neuronas del SNE son, por tanto, fibras parasimpáticas posganglionares y sus cuerpos celulares son, en cierto modo, el ganglio parasimpático Las fibras simpáticas posganglionares hacen sinapsis en el SNE o bien inervan directamente células efectoras (post ganglionar). Las fibras postganglionares liberan noradrenalina que actúa sobre los receptores α2 (Gi) generando la inhibición de la secreción acida y la motilidad. Exp: En el recto se estimula la secreción. Simpático · Si la estimulación parasimpática u hormonal esta ya produciendo una elevada secreción, la estimulación simpática la reducirá, sobre todo a través de la disminución del flujo sanguíneo. · En el páncreas se inhiben las secreciones exocrinas Parasimpático · Aumenta la velocidad de secreción glandular del tubo digestivo. Estimula la absorción de nutrientes y la conversión de ellos en energía. · Las glándulas salivales, las esofágicas, gástricas, el páncreas y las glándulas de Brunner del duodeno se encuentran inervadas por los nervios parasimpáticos glosofaríngeo y vago. · Promueve la actividad del sistema nervioso entérico, quien media los movimientos peristálticos. · En el páncreas se estimulan las secreciones exocrinas. e) ¿El sistema nervioso autónomo se comporta de la misma manera a lo largo de todo el tubo digestivo? Cite ejemplos. En cuanto a la generalidad de que el SNS disminuye las secreciones y que el SNPS aumenta las secreciones hay excepciones: · Glándulas salivales: El SNS estimula la secreción de saliva, al igual que el SNPS. La secreción serosa esta estimulada por la noradrenalina (predominan los Receptor β), la secreción con un mayor contenido de electrolitos y agua va estar dada tanto por la Ach como por la Noradrenalina (Receptor α) y la secreción mucosa solo esta estimulada por el sistema parasimpático. · El SNS en general inhibe la actividad del tubo digestivo, pero como excepción, este estimula los reflejos f) Describa la regulación hormonal (CCK y secretina) de la secreción pancreática. El jugo pancreático, rico en HCO3 − y enzimas digestivas, neutraliza los contenidos gástricos ácidos que penetran en el intestino delgado y también completa la digestión intraluminal de hidratos de carbono, proteínas y grasas ingeridos. La acetilcolina y la colecistocinina son mediadores que regulan la secreción de proteínas de las células acinares pancreáticas La CCK es el producto de las células neuroendocrinas I, que también se localizan en el epitelio del intestino delgado. Estas células enteroendocrinas clásicas liberan CCK al espacio intersticial cuando existen componentes alimentarios específicos en la luz, especialmente ácidos grasos libres y determinados aminoácidos Las células acinares segregan proteínas digestivas en respuesta a la estimulación. En la membran de estas células se encuentran diferentes receptores, uno de ellos es el muscarínicos M3 (para la Ach) en la membrana basolateral y los receptores CCK, el CCK1 tiene un mayor afinidad por la CCK que por la gastrina contrario a la CCk2 que muestra la misma afinidad por ambos. Ambos receptores se relacionan con la proteína Gq utilizando la via de la fosfolipasa C (PLC/ Ca+) y ambos producen un aumento en la secreción enzimática por parte de las células acinares. En la célula acinar pancreática pueden encontrarse muchos otros receptores, como los del péptido liberador de gastrina (GRP) del péptido relacionado con el gen de la calcitonina (CGRP), de insulina, de secretina, de somatostatina y del péptido intestinal vasoactivo (VIP). El Ca2+ es el segundo mensajero más importante en la secreción de proteínas de las células acinares pancreáticas. Este aumento de frecuencia de las oscilaciones de [Ca2+]i es necesario para la secreción de proteínas por las células acinares. Por el contrario, una concentración de CCK o ACh superior a la máxima (es decir, hiperestimuladora) genera una elevación súbita de la [Ca2+]i, Esta elevación súbita de [Ca2+]i y la ausencia posterior de oscilaciones se asocian con la inhibición de la secreción, mediada por la alteración de los componentes citoesqueléticos necesarios para la secreción. La secretina, el VIP y la CCK aumentan la producción de AMPc y activan, por tanto, la proteína-cinasa A (PKA) en las células acinares pancreáticas. Las concentraciones bajas de CCK causan una estimulación transitoria de la PKA, mientras que las concentraciones de CCK suprafisiológicas producen un aumento mucho más importante y prolongado de la [AMPc]i y la actividad de la PKA. Uno de los efectos del AMPc es el aumento de la secreción estimulada por la activación de vías dependientes de Ca2. Las proteína-cinasas son los efectores más importantes de los segundos mensajeros intracelulares. La estimulación de la CCK y de los receptores muscarínicos de la célula acinar genera señales de Ca2+ similares y activa proteína-cinasas dependientes de calmodulina. La activación de receptores de secretina o VIP aumenta la [AMPc]i y, por tanto, activa la PKA. Estos segundos mensajeros probablemente también activan las fosfoproteína fosfatasas, así como otras proteína cinasas. Algunas proteínas diana de las fosfatasas y cinasas activadas en la célula acinar pancreática participan en la regulación de la secreción, mientras que otras median en la síntesis de proteínas, el crecimiento, la transformación y la muerte celular. Además de segregar proteínas, las células acinares pancreáticas segregan un fluido isotónico similar al plasma. Este fluido rico en NaCl hidrata el material denso rico en proteínas segregado por las células acinares. La célula ductal pancreática segrega NaHCO3 → La función fisiológica principal de la célula del conducto pancreático es segregar un fluido rico en HCO3 − que alcaliniza e hidrata las secreciones primarias ricas en proteínas de la célula acinar. El HCO3 − intracelular que abandona la célula ductal a través de la membrana apical se origina por dos vías. La primera es la captación directa de HCO3 − por medio de un cotransportador electrogénico Na/HCO3, El segundo mecanismo es la generación intracelular de HCO3 − a partir de CO2 y OH−, catalizado por la anhidrasa carbónica. El OH− de esta reacción, junto con los H+, deriva del H2O. Por tanto, los H+ que se acumulan en la célula deben abandonarla a través de la membrana basolateral. El intercambio Na-H es uno de los mecanismos responsables de la salida de H+. La secretina (a través del AMPc) y la ACh (a través del Ca2+) estimulan la secreción de HCO3 − por los conductos pancreáticos. Las células ductales poseen receptores para secretina, ACh, GRP (todas ellas sustancias que estimulan la secreción de HCO3 −) y sustancia P (que inhibe dicha secreción). La secretina se libera por las células neuroendocrinas (células S) de la mucosa del intestino en respuesta a la acidificación duodenal y, en menor cantidad, ante los ácidos biliares y lípidos. La secretina es el regulador humoral más importante de la secreción ductal de HCO3 −. La activación del receptor de secretina de la célula ductal estimula la adenilato-ciclasa, que aumenta la [AMPc]i, Este aumento de AMPc estimula la PKA y, como resultado, la PKA fosforila el Cl-CFTR dando secreción ductal de Cl- hacia la luz y, a su vez, activa al intercambiador Cl-/HCO3-. Estos acontecimientos no afectan al intercambiador Na/H. Esto genera entonces, una secreción importante de bicarbonato a la luz del ducto. La secretina, por medio del AMPc, estimula a la PKA que fosforila y abre canales de Cl− CFTR. La salida de Cl− por medio de canales de Cl− apicales despolariza la membrana basolateral, generando el gradiente eléctrico que favorece el Cotransporte electrogénico de Na/HCO3. 3) Funciones del hígado Complete en el esquemalas funciones del hígado: · Los hepatocitos, secretan la porción inicial de la bilis rica en ácidos biliares, colesterol y componentes orgánicos que à va por los canalículos biliares. La bilis fluye por los canalículos hacia los tabiques interlobulillares à desemboca en los conductos biliares terminales, estos se unen en conductos formando el conducto hepático y el conducto colédoco. La bilis se va a verter directamente al duodeno o va a ser almacenada en la vesícula biliar. · El hígado es un órgano importante que ayuda a mantener la glucemia dentro de los valores normales. El depósito de glucógeno explica por qué el hígado extrae glucosa en exceso desde el circuito sanguíneo → almacena y libera cuando hay baja cc de glucosa plasmática (hipoglucemia). La gluconeogénesis se pone en marcha cuando las cc de glucosa desciende por debajo de los valores normales, por ello, también contribuye a la mantención de los niveles de glucosa. · Almacenamiento de hierro en forma de ferritina. Las células hepáticas contienen grandes cantidades de ferritina (proteína de unión al hierro de manera irreversible), entonces cuando hay una alta cc de hierro en el organismo, se combina con la apoferritina depositándose en las células hepáticas. 4) Digestión y absorción de macronutrientes a) Conteste las siguientes preguntas, en base al artículo publicado en la revista Advances in Physiology Education (Junio 2010): Insights into digestion and absorption of major nutrients in humans; Barbara E. Goodman; Division of Basic Biomedical Sciences, Sanford School of Medicine, University of South Dakota, Vermillion, South Dakota; 2010. http://advan.physiology.org/cgi/reprint/34/2/44 - Digestión y absorción de carbohidratos i) ¿En qué órgano del tracto gastrointestinal (TGI) comienza la digestión de carbohidratos y qué enzima está involucrada? La digestión inicial de carbohidratos complejos comienza con la α-amilasa cuando todavía están en la boca. Ambas α-amilasas pancreáticas y salivares son endosacaridasas que son específicas para uniones glicosídicas α-1,4. La α-amilasa salival es desactivada por el pH ácido así que se mantiene activa en el estómago siempre y cuando esté protegida del ácido estomacal. Si la amilasa está dentro del bolo, puede digerir los carbohidratos complejos hasta que éste se rompa y la deje expuesta al ácido. ii) ¿Dónde continúa la digestión y qué enzimas participan en dicho proceso? En el intestino delgado, el jugo pancreático entra al lumen a través del esfínter hepatopancreático de Oddi, y la alta concentración de bicarbonato empieza a neutralizar el jugo gástrico ácido. Además, la α-amilasa pancreática alcanza el lumen y continúa activamente rompiendo los carbohidratos complejos obteniendo maltosa, sacarosa y lactosa. Luego se requiere una digestión más antes que se puedan absorber los monosacáridos; donde los oligosacáridos son digeridos a monosacáridos, la cual la realizan las enzimas Disacaridasas que se encuentran en las microvellosidades de los enterocitos. ¿De dónde provienen dichas enzimas? De los jugos pancreáticos ¿Cuáles son los productos de degradación? Monosacáridos capaces de ser absorbidos; galactosa, glucosa, fructosa. Iii) ¿Qué órgano del TGI es responsable de la absorción de los productos de degradación de carbohidratos y cuáles son los transportadores responsables? Especifique también los tipos de transporte empleados. La absorción se da en el intestino delgado, el intestino grueso no puede absorben carbohidratos. Los enterocitos, una vez digerido el carbohidrato complejo en monosacáridos, absorben los isómeros D de las hexosas vía transporte facilitado. La D-glucosa y la D-galactosa son absorbidas por un transportador activo secundario dependiente de Na+, un simportador denominado SGLT1. La glucosa puede abandonar el enterocito por transportadores GLUT. La fructosa puede irse por GLUT2 y GLUT5; este último tiene una capacidad muy baja para transportar glucosa aunque transporta fructosa de la membrana apical. El GLUT2 mayoritariamente se encuentra en la membrana basolateral. Digestión y absorción de nutrientes por el Boron→ Aproximadamente el 45-60% de los hidratos de carbono de la dieta corresponden a almidón, un polisacárido que y se compone de amilosa y amilopectina. La forma de almacenamiento en los tejidos animales es el glucógeno. La amilosa es un polímero de glucosa de cadena recta que contiene típicamente múltiples residuos de glucosa, conectados mediante enlaces α-1,4; La amilopectina además de los enlaces α-1,4 posee abundantes enlaces α-1,6 en los puntos de ramificación. Del 30-40% de los hidratos de carbono de la dieta, los representan la sacarosa y la lactosa y el 5-10% la fructosa y glucosa. Como el intestino delgado solo puede absorber monosacáridos, todos los hidratos de carbono de la dieta deben ser digeridos a monosacáridos antes de su absorción. El colon no puede absorber monosacáridos. (La celulosa no puede ser digerida por las enzimas de los mamíferos). El proceso digestivo de los hidratos de carbono de la dieta se compone de dos pasos: 1) hidrólisis intraluminal de almidón a oligosacáridos por las amilasas salival y pancreática. 2) la denominada digestión de membrana de los oligosacáridos a monosacáridos por las disacaridasas del borde en cepillo. Los hidratos de carbono resultantes son absorbidos por procesos de transporte específicos para ciertos monosacáridos. Las células acinares de las glándulas salivales y del páncreas sintetizan y segregan α-amilasas · La α-amilasa salival inicia en la boca la digestión del almidón, La amilasa salival es inactivada por el ácido gástrico, pero puede ser protegida parcialmente formando complejos con oligosacáridos. · La α-amilasa pancreática completa la digestión del almidón en la luz del intestino delgado. La colecistocinina (CCK) estimula la secreción de α-amilasa por las células acinares pancreáticas. Como resultado, los productos de la hidrólisis del almidón son maltosa, maltotriosa y dextrinas α-límite. La glucosa NO es un producto de la digestión del almidón, ya que la α-amilasa carece de actividad frente a los enlaces α-1,4 terminales. Digestión de Membrana → El intestino delgado humano posee tres proteínas del borde en cepillo con actividad de oligosacaridasa: lactasa→ degrada lactosa en glucosa y galactosa, glucoamilasa (denominada con mayor frecuencia maltasa) y sacarasa-isomaltasa (enzima desmarifiacadora). La acción de las cuatro oligosacaridasa genera varios monosacáridos. La actividad de las oligosacaridasas es máxima en el yeyuno proximal y son considerablemente menores en el duodeno y en el íleon distal. En el intestino grueso no existen oligosacaridasas Los monosacáridos (glucosa, galactosa y fructosa) son absorbidos por el intestino delgado en un proceso de dos pasos que consiste en la captación por la célula epitelial a través de la membrana apical y en la salida coordinada a través de la membrana basolateral. El cotransportador Na/glucosa 1 (SGLT1) es la proteína de membrana responsable de la captación de glucosa y galactosa en la membrana apical. La salida de los tres monosacáridos a través de la membrana basolateral utiliza un trasportador facilitado de azúcar (GLUT2). Como SGLT1 no puede transportar fructosa, el paso apical de absorción de la fructosa tiene lugar mediante la difusión facilitada de fructosa a través del transportador GLUT5. La captación de glucosa a través de la membrana apical es impulsada por el gradiente electroquímico de Na+, que a su vez es mantenido por la salida de Na+ a través de la membrana basolateral por la bomba Na-K. La inhibición de la bomba Na-K reduce la absorción activa de glucosa al reducir el gradiente de Na+ en la membrana apical y disminuir por tanto la fuerza impulsora de la entrada de glucosa. La afinidad de SGLT1 por la glucosa está muy reducida en ausencia de Na+. - Digestión y absorción de proteínas iv) ¿En qué órgano del TGI comienza la digestión de proteínas y qué enzima está involucrada? Las proteínas consumidas comienzan a ser degradadasen el estómago debido a la acción de la proteasa pepsina y el ácido gástrico sintetizado por las células parietales La pepsina es secretada por las células principales de la mucosa gástrica como pepsinógeno, una forma inactiva más grande de la enzima, también conocida como zimógeno. El ácido gástrico altera la conformación del pepsinógeno para que pueda escindirse y convertirse en pepsina activa en el estómago. El ácido gástrico también desnaturaliza las proteínas, que las despliega parcialmente para que las proteasas tengan un mejor acceso a sus enlaces peptídicos. ¿Qué factor químico contribuye con el inicio de este proceso? v) ¿Dónde continúa la digestión y qué enzimas participan en dicho proceso? ¿De dónde provienen dichas enzimas? ¿Cuáles son los productos de degradación? Una vez que los alimentos pre-degradados llegan al duodeno, las proteínas a medio degradar y las aún no degradada interaccionarán con proteasas sintetizadas en el páncreas especialmente la tripsina que son excretadas al intestino por el esfínter Hepato-pancretaico junto con el bicarbonato (jugo pancreatico). El bicarbonato comienza a neutralizar el ácido del estómago y eleva el pH a un nivel óptimo para la actividad de las proteasas pancreáticas. Las proteasas pancreáticas se secretan todas como zimógenos para que no se activen mientras están dentro del páncreas y, por lo tanto, causan pancreatitis. De los oligopéptidos restantes, algunos serán hidrolizados a aminoácidos libres por las aminopeptidasas ubicadas a nivel de las microvellosidades de las células del intestino delgado. El cimógeno tripsinógeno se escinde para formar tripsina por la enteropeptidasa, una enzima del borde en cepillo del yeyuno que puede ser liberada por la acción de las sales biliares. La tripsina luego cataliza la escisión de los otros cimógenos a sus formas activas. Las proteasas pancreáticas (tripsina, quimotripsina, elastasa y carboxipeptidasas) escinden los polipéptidos en oligopéptidos y aminoácidos. Los oligopéptidos que quedan después de la acción de estas endopeptidasas son atacados por exopeptidasas, que escinden un aminoácido a la vez de uno u otro extremo de la cadena. Las carboxipeptidasas eliminan los aminoácidos de los extremos carboxilo de las cadenas peptídicas (extremo carboxi) con la carboxipeptidasa A liberando preferentemente valina, leucina, isoleucina y alanina y con la carboxipeptidasa B liberando los aminoácidos básicos arginina y lisina. Los productos de degradación de la digestión por proteasa de polipéptidos y proteínas son 30% de aminoácidos libres y 70% de oligopéptidos (2 a 8 aminoácidos). vi) ¿Qué órgano del TGI es responsable de la absorción de los productos de degradación de proteínas y cuáles son los transportadores responsables? Especifique también los tipos de transporte empleados. El transporte de aminoácidos en el intestino delgado comprende dos grandes tipos de sistemas: Transporte intestinal dependiente e independiente de Na+ que son transportadores activos secundarios por proteínas de la familia de la SGLT1. Estos son: 1) Sistema transportador de aminoácidos bipolares o neutros (α-aminocarboxílicos). Este sistema es dependiente del Na+ pero independiente del Cl-. Por ejemplo: fenilalanina. 2) Sistema transportador de β-alanina, que depende del Na+ y del Cl-, como por ejemplo la alanina. 3) Sistema transportador de aminoácidos, que requiere también Na+ y Cl-. Por ejemplo, la glicina. 4) Sistema transportador de aminoácidos aniónicos, dependiente del Na+ pero independiente del Cl-, por ejemplo, el glutamato. 5) Sistema transportador de β-aminoácidos: dependiente del Na+ y el Cl-, como por ejemplo por la taurina. 6) Transporte intestinal de aminoácidos independiente de Na+ o facilitado. En este grupo se incluyen los aminoácidos catiónicos y alfa-aminoácidos monocarboxílicos que pueden o no requerir Na+ para su translocación transepitelial. Digestión y Absorción de proteínas por el Boron → Las proteínas deben ser digeridas primero en sus oligopéptidos y aminoácidos constituyentes antes de ser captadas por los enterocitos. La digestión-absorción tiene lugar a través de cuatro vías principales. · En primer lugar, varias enzimas luminales (es decir, proteasas) del estómago y el páncreas pueden hidrolizar proteínas a péptidos y a continuación a aminoácidos, que son absorbidos posteriormente. · En segundo lugar, las enzimas luminales pueden digerir proteínas en péptidos, pero las enzimas presentes en el borde en cepillo digieren los péptidos en aminoácidos, que son absorbidos posteriormente. · En tercer lugar, las enzimas luminales pueden digerir las proteínas en péptidos, que son captados por los enterocitos como oligopéptidos. Los procesos digestivos adicionales de los oligopéptidos por enzimas citosólicas producen aminoácidos intracelulares, que son trasladados por transportadores a través de la membrana basolateral hacia el torrente sanguíneo. · En cuarto lugar, las enzimas luminales pueden digerir las proteínas de la dieta en oligopéptidos, que son captados por los enterocitos a través de procesos endocitóticos y transportados directamente al torrente sanguíneo. La digestión de proteínas se ve influida por la composición de aminoácidos de la proteína, por la fuente de proteínas y por el procesamiento de los alimentos. Además de las proteínas provenientes de la dieta, existe la fuente endógena que constituye el 50% del total de proteínas que acceden al intestino delgado e incluyen enzimas, hormonas e inmunoglobulinas presentes en las secreciones salivales, gástricas, pancreáticas, biliares y yeyunales. Tanto las proteasas gástricas como las pancreáticas, son segregadas como proenzimas que precisan ser convertidas a su forma activa para que tenga lugar la hidrólisis de las proteínas. Las células principales segregan pepsinógeno que tiene una activación dependiente de pH. La actividad máxima de la pepsina tiene lugar a un pH entre 1,8 y 3,5 y se inactiva de modo irreversible cuando el pH es mayor de 7,2. Cinco enzimas pancreáticas participan en la digestión de proteínas y son segregadas como proenzimas inactivas. La secreción de enzimas proteolíticas como Proenzimas, que son activadas posteriormente en la luz, evita la auto digestión pancreática antes de que se produzca la secreción enzimática al intestino. Los péptidos de pequeño tamaño presentes en la luz del intestino delgado tras la digestión dependiente de las proteasas gástricas y pancreáticas sufren una mayor hidrólisis por las peptidasas del borde en cepillo. La membrana apical de los enterocitos puede captar oligopéptidos pequeños, principalmente dipéptidos y tripéptidos. Una vez en el interior de la célula, estos oligopéptidos pueden ser digeridos aún más por peptidasas citoplasmáticas. El intestino adulto puede absorber cantidades limitadas de polipéptidos y proteínas intactas que en su mayoría es degradada en los lisosomas. Prácticamente todos los productos proteicos absorbidos abandonan la célula epitelial de la vellosidad y acceden al torrente sanguíneo como aminoácidos individuales. Cantidades importantes de estos aminoácidos son liberadas en la luz del intestino delgado a través de las membranas apicales de los enterocitos a través de varios sistemas de transporte de aminoácidos La captación de oligopéptidos es un proceso activo controlado no por el gradiente de Na+ sino por el gradiente de protones. La captación de oligopéptidos tiene lugar a través de un cotransportador H/oligopéptido conocido como PepT1. Existen otros mecanismos de transporte apical mediados por transportador para aminoácidos α aniónicos (es decir, ácidos), aminoácidos α catiónicos (es decir, básicos), β aminoácidos e iminoácidos. El cotransportador H/oligopéptido PepT1 transporta dipéptidos, tripéptidos y tetrapéptidos al interior del enterocito a través de la membrana apical. Las peptidasas del citoplasma hidrolizan los oligopéptidos en sus aminoácidos constituyentes, que después abandonan la célula a través de la membrana basolateral por medio de uno de los trestransportadores de aminoácidos independientes de Na A través de la membrana basolateral, los aminoácidos abandonan el enterocito por medio de transportadores independientes de Na+ y acceden a él a través de transportadores dependientes de Na+ → Los aminoácidos aparecen en el citosol de las células de las vellosidades intestinales como resultado de su captación a través de la membrana apical o de la hidrólisis de oligopéptidos que habían penetrado a través de la membrana apical. · Digestión y absorción de lípidos vii) ¿En qué órganos del TGI puede comenzar la digestión de lípidos y qué enzimas están involucradas? La digestión de lípidos comienza en la boca con la lipasa lingual producida por las glándulas de la lengua y continúa en el estómago con la lipasa lingual y la lipasa gástrica, producida por las células principales. Sin embargo, en los seres humanos adultos, la mayor parte de la grasa llega intacta al duodeno, ya que solo alrededor del 15% de la digestión de las grasas se produce cuando la comida sale del estómago. La presencia de grasa en el duodeno conduce a la estimulación de la secreción de enzimas pancreáticas (incluyendo lipasas y esterasas) y contracción de la vesícula biliar con relajación del esfínter hepatopancreático para liberar la bilis. Las enzimas biliares y pancreáticas ingresan a la luz del intestino delgado a través del esfínter hepatopancreático en la parte superior del duodeno. viii) ¿Dónde y cómo ocurre la digestión y absorción de lípidos? ¿Qué enzimas participan en dicho proceso y de dónde provienen? ¿Cuáles son los productos de degradación? La hidrólisis tiene lugar en el estómago con la lipasa gástrica que escinde del 15 al 20% de los ácidos grasos y es completado en el duodeno por lipasas que se encuentran en el jugo pancreático. Dado que las lipasas digestivas se han adaptado para ser más eficientes en la interfase agua-aceite, se convierte la grasa dietética en una emulsión de gotas de aceite fino que potencia la acción de las lipasas (se forman las micelas por acción de las sales biliares contenidas en la bilis). La mayoría de las grasas llegan intactas al duodeno, lo que produce por un lado la estimulación de la secreción de enzimas pancreáticas, incluido lipasas y esterasas y, también, la liberación de bilis por el hígado. Ambas secreciones llegan al duodeno, donde las sales biliares presentes en la bilis entran en contacto con los triglicéridos que conforman la grasa, produciendo el fenómeno de emulsión que permite la acción de las lipasas. Las gotas de emulsión que llegan del estómago, contienen casi todos los triglicéridos y diglicéridos de la dieta en sus núcleos y están cubiertos por lípidos polares, fosfolípidos, grasas ácidos, colesterol, triglicéridos, proteínas dietéticas desnaturalizadas, oligosacáridos dietéticos y sales biliares en el duodeno. La lipólisis procede de afuera hacia adentro. La lipasa pancreática necesita colipasa pancreática para facilitar la digestión. (La colipasa pancreática se secreta como procolipasa y es activada por la tripsina). La colipasa que se une a las grasas y a la lipasa permitiendo que el triglicérido entre en el sitio activo de la enzima. También impide la inactivación de la lipasa por parte de las sales biliares. (La lipasa pancreática hidroliza los ácidos grasos en posiciones 1 y 3 del resto de glicerol y produce ácidos grasos libres y un 2-monoglicérido). Asimismo, los ácidos grasos se eliminan del colesterol de la dieta mediante una carboxilésterhidrolasa, por otro lado un ácido graso libre y un lisofosfolípido forman los fosfolípidos de la dieta por acción de la fosfolipasa A2. ix) ¿Qué órgano del TGI es responsable de la absorción de los productos de degradación de lípidos y cómo son transportados? Los productos solubles en lípidos de la degradación de las grasas son solubilizadas por las sales biliares produciendo micelas mixtas. Estas son transportadas a través de una capa acuosa que recubre las vellosidades intestinales hasta el sitio dónde hay pH ácido generado por el intercambiador Na/H. Allí entran en contacto con la bicapa lipídica de la membrana de los enterocitos y los ácidos grasos se protonan y dejan la micela para ingresar a la célula por difusión simple o para formar parte de la membrana celular de manera transitoria. En contraste, los ácidos grasos anfipáticos de cadena mediana que son medianamente solubles en agua cruzan esta capa acuosa fácilmente e ingresan a la célula por difusión simple. Éstos ácidos grasos libres de cadena mediana no son esterificados por los enterocitos, sino que pasan directamente a la circulación portal para ser transportados al hígado unidos a albúmina sérica. Los ácidos grasos de cadena corta no se encuentran en la ingesta, y aparecen en el tracto digestivo solo después de la degradación de grasas no digeridas en el colon por las bacterias. Las sales biliares de Las micelas mixtas permanecen en la luz intestinal y luego son absorbidas en el íleon terminal por un transportador dependiente de Na+ para ser reciclado a través de la circulación enterohepática. Nota: Las micelas mixtas funcionan como vehículo para la transferencia de los lípidos digeridos hasta la membrana del intestino donde los componentes de la micela difundirán hacia los enterocitos siguiendo su gradiente de concentración. Las sales biliares se separan de las micelas y son reabsorbidas a nivel del ileon terminal para retornar al hígado cerrando así el circuito enterohepático. x) ¿Cuál es la principal forma y vía de transporte de dichos productos de degradación una vez absorbidos? Una vez absorbidos, los productos de degradación son transportados al retículo endoplasmático por las FABPs (proteína de unión a los ácidos grasos) donde son transformados nuevamente en triglicéridos. Esos triglicéridos son empaquetados junto con proteínas y fosfolípidos en quilomicrones. La apoproteína B48 (proteína de membrana del RE) es fundamental en estos quilomicrones. La proteína microsomal de transporte de triglicéridos MTP cataliza la transferencia de triglicéridos insolubles en agua para agrandar la gota lipídica. Los quilomicrones son exocitados en la membrana basolateral, ingresan en los vasos linfáticos y luego llegan a la circulación en el conducto toráxico Digestión y Absorción de Lípidos por el Boron → b) Ahora lea la carta a la editorial publicada en el número siguiente de la revista Advances in Physiology Education (Septiembre 2010): The colon is a digestive organ!; Jørgen Valeur and Arnold Berstad; Institute of Medicine, University of Bergen, Bergen, Norway; 2010. http://advan.physiology.org/cgi/reprint/34/3/162 En base a esta carta y a sus conocimientos justifique brevemente la aseveración: “¡El colon también es un órgano digestivo!” El colon, se encarga de la degradación de carbohidratos mal digeridos, evita problemas intestinales, de manera que contribuye a finalizar correctamente la digestión de la ingesta de alimentos. Previene la diarrea al reducir el efecto osmótico de los elementos no absorbidos, moléculas de carbohidratos y facilita la absorción de electrolitos y agua. De no ser por el colon, muchos elementos mal digeridos podrían causar graves problemas de salud en el organismo. Boron: En primer lugar, el colon absorbe grandes cantidades de líquido y electrolitos y convierte el contenido líquido del material ileocecal en heces sólidas o semisólidas. En segundo lugar, el colon absorbe con avidez los ácidos grasos de cadena corta generados por el catabolismo (o la fermentación) de los hidratos de carbono de la dieta que no han sido absorbidos por el intestino delgado. La abundante microflora del colon produce esta fermentación. En tercer lugar, la acumulación de contenido colónico contribuye a la función de reservorio del intestino grueso. En cuarto lugar, el colon elimina su contenido de modo regulado y controlado, principalmente bajo control voluntario. Para ejecutar estas importantes actividades, el intestino grueso actúa funcionalmente como dos órganos distintos. La parte proximal delcolon (colon ascendente y transverso) es donde tiene lugar la mayor absorción de fluidos y electrolitos y donde tiene lugar la fermentación bacteriana. La porción distal del colon (o colon descendente y rectosigmoideo) proporciona la desecación final, así como la función de reservorio, y sirve de órgano de almacenamiento del material colónico antes de la defecación. Casi toda la absorción en el intestino grueso tiene lugar en la mitad proximal del colon, lo que justifica el nombre de colón absorbente, mientras que el colon distal funciona principalmente como un depósito de heces hasta su correspondiente excreción, por lo que suele conocerse como colón de depósito. Actividades para el trabajo práctico 1) Motilidad gástrica en el estómago aislado de sapo a) ¿Cuál es el patrón de motilidad gástrica? b) ¿Cuáles son las funciones motoras del estómago? c) Evaluar qué ocurre sobre la motilidad gástrica si se aplican, en ese orden, sobre un estómago aislado, las drogas que se mencionan a continuación (previo al agregado de cada una de las drogas se debe eliminar la droga anterior lavando con solución fisiológica): -acetilcolina -pilocarpina -atropina + acetilcolina o pilocarpina -adrenalina Indicación: Averigüe previamente qué tipo de drogas son las listadas y qué efecto tienen al unirse a sus respectivos receptores. 2) Regulación de la secreción biliar a) ¿Cuál es la composición de la secreción biliar? b) Indique en qué estado se encuentran las siguientes estructuras y procesos durante el período interdigestivo: - Esfinter de Oddi: - Vesícula Biliar: - Secreción de bilis al duodeno: - Concentración de sales biliares en sangre porta: - Síntesis de novo de sales biliares: c) Analizando la siguiente figura, complete los espacios en blanco en el párrafo que figura más abajo: En la circulación enterohepática, las sales biliares son vertidas al ................... con la bilis y se absorben en un 90-85% en el ......................... por cotransporte con sodio, van vía ................. al .................... y de allí vuelven al intestino con la ..............., recirculando varias veces al día. El 5-10% restante pasa al ................. y por acción bacteriana se deconjugan y dehidroxilan y se convierten en ácidos biliares secundarios. Los ácidos biliares secundarios vuelven al ....................... para ..................... y volver con la bilis al intestino, y lo que no se absorbe se pierde por heces. d) Analice las funciones de la secretina, colescistoquinina y sales biliares sobre la vesícula biliar, el esfínter de Oddi, el hígado, el duodeno, y los conductos biliares luego de la ingesta alimentaria. ¿Qué es el efecto colagogo? ¿Y el efecto colerético? Dé ejemplos de sustancias fisiológicas que posean estos efectos. Función detoxificarte del hígado y secreción biliar Objetivos: - Comprobar en una rata, la capacidad del hígado para eliminar el colorante rojo fenol a través de la bilis. - Comprobar la actividad fagocítica del sistema retículo endotelial hepático. - Comprobar el efecto colerético de las sales biliares administradas en el bazo de una rata. Procedimiento: - Pesar y anestesiar con etiluretano una rata (1 ml/100g ; cc : 10%). - Realizar una incisión longitudinal en el abdomen de la rata. - Localizar en la primera porción del duodeno el conducto hepático y su desembocadura. -Canular el conducto hepático lo más cercano a su desembocadura en el duodeno. - Recoger en un tubo eppendorf la secreción biliar durante 10 minutos (BASAL). - Inyectar una mezcla de decholín (0.25 ml) y rojo fenol (0.25 ml) en el bazo. - Observar el hígado de la rata (BASAL) e inyectar tinta china (0.5 ml) en el bazo. - Recoger en un eppendorf la secreción biliar durante 10 minutos (FINAL). - Observar el hígado de la rata luego de 10-15 minutos de haber inyectado la tinta china (FINAL). Complete el siguiente cuadro fundamentando lo observado al inyectar decholín y rojo fenol en el bazo: a) ¿Por qué inyectó el rojo fenol y el decholín en el bazo? b) ¿Puede observar el efecto colagogo en la rata? ¿Por qué? ¿Qué sustancias estimulan dicho efecto en el hombre? 4) Poder emulsionante de la bilis Objetivo: Comprobar el poder emulsionante de la bilis del sapo. Procedimiento: - Verter bilis de sapo en un tubo conteniendo aceite y agua y agitar. - Paralelamente preparar un tubo blanco con agua y aceite. Tubo de Hemólisis A : 0.5ml aceite + 1ml agua + bilis + agitación Tubo de Hemólisis B : 0.5ml aceite + 1ml agua + agitación a) ¿A qué se debe el poder emulsionante de la bilis? Relaciónelo con los procesos que ocurren en las vías biliares y en el intestino con las sustancias liposolubles. b) ¿Qué diferencias observaría entre la bilis del sapo y de la rata? c) ¿Podría comprobar el efecto colagogo en el sapo? ¿Cómo lo haría? 5) Metabolismo de la bilirrubina a) Origen, formación y excreción de la bilirrubina i) Complete el siguiente cuadro: ii) Explique: ¿cómo y dónde es conjugada la bilirrubina? iii) Diferencie los conceptos de bilirrubina directa y bilirrubina indirecta. iv) Defina ictericia. ¿Qué es la ictericia del recién nacido? b) Alteraciones inducidas en el metabolismo de la bilirrubina en la rata i) Observe los cambios generados luego de 3-4 días de haber ligado el conducto hepático de una rata. Compare con una rata a la que no se ligó dicho conducto (control). - Grupo control (n=8): ratas sin tratamiento - Grupo experimental (n=8): ratas a las que se les ligó el conducto hepático Procedimiento: A los 0, 1, 5 y 8 días se anestesian con etiluretano (1ml/100g; cc: 10%) dos animales de cada grupo para comparar los cambios observados en el aspecto de: a) Mucosas y piel b) Plasma (obtenida al extraer sangre por la cola) c) Orina y heces (en jaula metabólica) d) Conducto hepático Luego los animales fueron sacrificados para determinar si existían diferencias en el aspecto de otros órganos (tallo encefálico). ii) Complete el siguiente cuadro indicando las diferencias observadas entre el grupo control y experimental a lo largo del protocolo. Según la importancia de la ictericia, califique cada parámetro como: Sin cambios: - ; Ictericia leve: +; Ictericia moderada: ++; Ictericia intensa: +++
